JPH11243251A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH11243251A JPH11243251A JP4529298A JP4529298A JPH11243251A JP H11243251 A JPH11243251 A JP H11243251A JP 4529298 A JP4529298 A JP 4529298A JP 4529298 A JP4529298 A JP 4529298A JP H11243251 A JPH11243251 A JP H11243251A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】レーザ発光の垂直方向の遠視野像を単峰化する
ことができ、低いしきい値電流密度で低電圧動作する高
信頼性ＧａＮ系レーザ装置を提供する。 【解決手段】本発明のＧａＮ系レーザ装置は、活性層を
ガイド層で挟み、ガイド層をクラッド層で挟んだ構造に
おいて、従来のＡｌＧａＮクラッド層の代わりにＩｎＧ
ａＮ又はＧａＮをクラッド層として用いることにより形
成される。光導波路の実効屈折率の値がＧａＮコンタク
ト層の屈折率の値に比べて大きくなるようにすれば、遠
視野像が単峰化され光ディスク用光源として優れたＧａ
Ｎ系レーザ装置を得ることができる。さらに活性層に注
入されたキャリアがＩｎＧａＮ又はＧａＮからなるガイ
ド層にオーバーフローするのを防止するために、活性層
とガイド層との間等にＡｌＧａＮからなる薄膜障壁層を
設ける構造が示される。
ことができ、低いしきい値電流密度で低電圧動作する高
信頼性ＧａＮ系レーザ装置を提供する。 【解決手段】本発明のＧａＮ系レーザ装置は、活性層を
ガイド層で挟み、ガイド層をクラッド層で挟んだ構造に
おいて、従来のＡｌＧａＮクラッド層の代わりにＩｎＧ
ａＮ又はＧａＮをクラッド層として用いることにより形
成される。光導波路の実効屈折率の値がＧａＮコンタク
ト層の屈折率の値に比べて大きくなるようにすれば、遠
視野像が単峰化され光ディスク用光源として優れたＧａ
Ｎ系レーザ装置を得ることができる。さらに活性層に注
入されたキャリアがＩｎＧａＮ又はＧａＮからなるガイ
ド層にオーバーフローするのを防止するために、活性層
とガイド層との間等にＡｌＧａＮからなる薄膜障壁層を
設ける構造が示される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ装置に
係り、特にビーム径が小さく、かつ、レーザ発光のしき
い値電流密度と動作電圧が小さいＧａＮ系化合物半導体
を用いた半導体レーザ装置に関する。
係り、特にビーム径が小さく、かつ、レーザ発光のしき
い値電流密度と動作電圧が小さいＧａＮ系化合物半導体
を用いた半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧａＮ、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ、Ａｌ
x Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）、ＩｎxＡｌy Ｇａ1-x-y
Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）等のＧａＮ系化
合物半導体が、青色半導体レーザの材料として注目され
ている。以下ＧａＮ系化合物半導体からなるレーザ装置
を、ＧａＮ系ＬＤ（Laser Diode)と略称する。また、多
元系化合物半導体の組成を表すサフィックスは、特に必
要な場合を除き省略することにする。
x Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）、ＩｎxＡｌy Ｇａ1-x-y
Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）等のＧａＮ系化
合物半導体が、青色半導体レーザの材料として注目され
ている。以下ＧａＮ系化合物半導体からなるレーザ装置
を、ＧａＮ系ＬＤ（Laser Diode)と略称する。また、多
元系化合物半導体の組成を表すサフィックスは、特に必
要な場合を除き省略することにする。
【０００３】ＧａＮ系ＬＤは、原理的には短波長化によ
りビーム径を絞ることが可能であり、光ディスク等の高
密度情報処理装置用光源として期待されてきた。従来、
ＧａＮ系ＬＤとして各種の構造が提案されてきたが、し
きい値電流密度を１ｋＡ／ｃｍ2 以下にすることができ
ず、また、レーザ光の遠視野像（以下ＦＦＰ；Far Fiel
d Pattern と省略する）が多峰性を示すため、短波長化
に見合うビーム径の縮小が不可能であった。このため、
しきい値電流密度が小さくかつ動作電圧が低い、光ディ
スク用光源として好適なＧａＮ系ＬＤはこれまで得られ
ていないのが実情であった。
りビーム径を絞ることが可能であり、光ディスク等の高
密度情報処理装置用光源として期待されてきた。従来、
ＧａＮ系ＬＤとして各種の構造が提案されてきたが、し
きい値電流密度を１ｋＡ／ｃｍ2 以下にすることができ
ず、また、レーザ光の遠視野像（以下ＦＦＰ；Far Fiel
d Pattern と省略する）が多峰性を示すため、短波長化
に見合うビーム径の縮小が不可能であった。このため、
しきい値電流密度が小さくかつ動作電圧が低い、光ディ
スク用光源として好適なＧａＮ系ＬＤはこれまで得られ
ていないのが実情であった。
【０００４】ここでＦＦＰとは、レーザ光の開口部から
離れた場所で求めた光ビーム強度の角度分布のことであ
る。一般にＬＤの光ビームは、活性層に対して垂直方向
で上下に広がり易い性質があるので、ビーム径縮小の目
安として活性層に対して垂直方向のＦＦＰにとくに注目
して説明する。
離れた場所で求めた光ビーム強度の角度分布のことであ
る。一般にＬＤの光ビームは、活性層に対して垂直方向
で上下に広がり易い性質があるので、ビーム径縮小の目
安として活性層に対して垂直方向のＦＦＰにとくに注目
して説明する。
【０００５】従来のＧａＮ系ＬＤのＦＦＰに生じる多峰
性のピークを図９に示す。図の横軸θは、活性層に垂直
でその長手方向に平行な面内におけるビームの角度、縦
軸はビーム強度の相対値である。光ビームの強度分布は
上下に２０度以上の広がりを有し、かつ、図９に示すよ
うな多峰性を示す欠点があった。
性のピークを図９に示す。図の横軸θは、活性層に垂直
でその長手方向に平行な面内におけるビームの角度、縦
軸はビーム強度の相対値である。光ビームの強度分布は
上下に２０度以上の広がりを有し、かつ、図９に示すよ
うな多峰性を示す欠点があった。
【０００６】ＧａＮ系ＬＤのＦＦＰが多峰性を示す理由
は、レーザ発光が反導波モード（anti-index guided mo
de）により行われるためと考えられる。ここで反導波モ
ードとは、活性層の上下（光導波路の外側）に位置する
層の屈折率が光導波路の実効屈折率よりも大きい場合
に、活性層で生じた光が上下の層にしみだし、上下の層
の光閉じ込め係数が大きくなるため光強度分布が上下方
向に広がり、ＦＦＰが多峰性になる現象をいう。
は、レーザ発光が反導波モード（anti-index guided mo
de）により行われるためと考えられる。ここで反導波モ
ードとは、活性層の上下（光導波路の外側）に位置する
層の屈折率が光導波路の実効屈折率よりも大きい場合
に、活性層で生じた光が上下の層にしみだし、上下の層
の光閉じ込め係数が大きくなるため光強度分布が上下方
向に広がり、ＦＦＰが多峰性になる現象をいう。
【０００７】すなわち、従来ＧａＮ系ＬＤ構造におい
て、ＩｎＧａＮ活性層の屈折率をｎ1、その上下に隣接
するＧａＮガイド層の屈折率をｎ2 、前記ＧａＮガイド
層の外側から上下に隣接するＡｌＧａＮクラッド層の屈
折率をｎ3 とするとき、ｎ1 ＞ｎ2 ＞ｎ3 が成り立つの
で、レーザ発光はもっとも屈折率の高いＩｎＧａＮ活性
層に沿った屈折率導波モード (index guided mode)によ
り生じ、従ってＦＦＰの光強度分布は原理的には単峰性
を示すと考えられてきた。
て、ＩｎＧａＮ活性層の屈折率をｎ1、その上下に隣接
するＧａＮガイド層の屈折率をｎ2 、前記ＧａＮガイド
層の外側から上下に隣接するＡｌＧａＮクラッド層の屈
折率をｎ3 とするとき、ｎ1 ＞ｎ2 ＞ｎ3 が成り立つの
で、レーザ発光はもっとも屈折率の高いＩｎＧａＮ活性
層に沿った屈折率導波モード (index guided mode)によ
り生じ、従ってＦＦＰの光強度分布は原理的には単峰性
を示すと考えられてきた。
【０００８】しかし、ＧａＮ系ＬＤでは、活性層に電流
を注入する電極のコンタクト抵抗を低減するため、Ａｌ
ＧａＮクラッド層の外側から、さらに上下に隣接して不
純物添加量の大きいＧａＮコンタクト層が形成されるこ
とに注意しなければならない。以下、不純物を添加する
ことをドープ、添加された不純物をドーパントと呼ぶこ
とにする。
を注入する電極のコンタクト抵抗を低減するため、Ａｌ
ＧａＮクラッド層の外側から、さらに上下に隣接して不
純物添加量の大きいＧａＮコンタクト層が形成されるこ
とに注意しなければならない。以下、不純物を添加する
ことをドープ、添加された不純物をドーパントと呼ぶこ
とにする。
【０００９】従来のＧａＮ系ＬＤでは、活性層とガイド
層とクラッド層からなる活性層周辺領域の実効屈折率ｎ
eff （ｎ1 、ｎ2 、ｎ3 と前記各層の厚さで決まる平均
的な屈折率）が、これを挟むＧａＮコンタクト層の屈折
率ｎ4 よりも小さいためＧａＮコンタクト層へ光がしみ
出し、ＧａＮコンタクト層の光閉じ込め係数が大きくな
って、ＦＦＰにコンタクト層の光閉じ込めに対応するピ
ークを生じ、反導波モードによるＦＦＰの多峰性をもた
らす要因となっていた。
層とクラッド層からなる活性層周辺領域の実効屈折率ｎ
eff （ｎ1 、ｎ2 、ｎ3 と前記各層の厚さで決まる平均
的な屈折率）が、これを挟むＧａＮコンタクト層の屈折
率ｎ4 よりも小さいためＧａＮコンタクト層へ光がしみ
出し、ＧａＮコンタクト層の光閉じ込め係数が大きくな
って、ＦＦＰにコンタクト層の光閉じ込めに対応するピ
ークを生じ、反導波モードによるＦＦＰの多峰性をもた
らす要因となっていた。
【００１０】図１０は、従来のＧａＮ系ＬＤを構成する
多層構造について、発明者が行ったＧａＮコンタクト層
への光のしみ出しを証明するコンピュータシミュレーシ
ョンの結果である。
多層構造について、発明者が行ったＧａＮコンタクト層
への光のしみ出しを証明するコンピュータシミュレーシ
ョンの結果である。
【００１１】図の縦軸は、ＬＤの開口部をなす劈開面の
直近において、多層構造の垂直方向に沿って求めたレー
ザ光の相対強度（通常ＮＦＰ; Near Field Patternと呼
ぶ）である。また、縦軸に平行な細い直線はそれぞれコ
ンタクト層、クラッド層、ガイド層、活性層及び電極か
らなる多層構造の位置を示す境界線である。
直近において、多層構造の垂直方向に沿って求めたレー
ザ光の相対強度（通常ＮＦＰ; Near Field Patternと呼
ぶ）である。また、縦軸に平行な細い直線はそれぞれコ
ンタクト層、クラッド層、ガイド層、活性層及び電極か
らなる多層構造の位置を示す境界線である。
【００１２】シミュレーションは、ｎ−ＧａＮコンタク
ト層２５、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２６、ｎ−ＧａＮ
ガイド層２７、ＩｎＧａＮの多量子井戸（以下ＭＱＷ;
Multi-Quantum Wellと略称する）構造の活性層２８、ｐ
−ＧａＮガイド層２９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３
０、ｐ+ −ＧａＮコンタクト層３１、ｐ電極３２からな
る多層構造について行った。なお、図の横軸は多層構造
の厚さ方向の位置を示す座標である。
ト層２５、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２６、ｎ−ＧａＮ
ガイド層２７、ＩｎＧａＮの多量子井戸（以下ＭＱＷ;
Multi-Quantum Wellと略称する）構造の活性層２８、ｐ
−ＧａＮガイド層２９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３
０、ｐ+ −ＧａＮコンタクト層３１、ｐ電極３２からな
る多層構造について行った。なお、図の横軸は多層構造
の厚さ方向の位置を示す座標である。
【００１３】図１０に示すように、光の一部はｐ+ −Ｇ
ａＮコンタクト層３１に閉じ込められ副極大を示してい
る。また厚いｎ−ＧａＮコンタクト層２５にも無視でき
ない量の光のしみだしを生じていることがわかる。
ａＮコンタクト層３１に閉じ込められ副極大を示してい
る。また厚いｎ−ＧａＮコンタクト層２５にも無視でき
ない量の光のしみだしを生じていることがわかる。
【００１４】図１１は同一条件で求めた従来のＧａＮ系
ＬＤのＦＦＰである。図の横軸はレーザ光のビームの角
度である。−１５度より左側にみられる光強度の立上が
りは、図１０でのべたｐ+ −ＧａＮコンタクト層３１へ
の光閉じ込めによるものであり、１８度付近にみられる
鋭いピークは、厚いｎ−ＧａＮコンタクト層２５への光
しみだしによるものと考えられる。
ＬＤのＦＦＰである。図の横軸はレーザ光のビームの角
度である。−１５度より左側にみられる光強度の立上が
りは、図１０でのべたｐ+ −ＧａＮコンタクト層３１へ
の光閉じ込めによるものであり、１８度付近にみられる
鋭いピークは、厚いｎ−ＧａＮコンタクト層２５への光
しみだしによるものと考えられる。
【００１５】上記のシミュレーションにより、従来のＧ
ａＮ系ＬＤのＦＦＰの実験データにみられる光ビームの
広がりと多峰性とは、いずれもＧａＮコンタクト層２５
と３１への光閉じ込めによることが発明者により明らか
にされた。
ａＮ系ＬＤのＦＦＰの実験データにみられる光ビームの
広がりと多峰性とは、いずれもＧａＮコンタクト層２５
と３１への光閉じ込めによることが発明者により明らか
にされた。
【００１６】このように、反導波モードによるレーザ光
ではＦＦＰが多峰性を示すばかりでなく、ドーパント濃
度の高いＧａＮコンタクト層による光損失が大となる。
またレーザ光の広がりにより、活性層の光とじ込め係数
Γが減少し、これらの理由でレーザ発光のしきい値電流
密度が高くなる。従って、従来のＧａＮ系ＬＤではＧａ
Ｎコンタクト層への光のもれを減少するため、ＡｌＧａ
Ｎクラッド層のＡｌ組成を大きくしてｎ3 を小さくする
か、又はＡｌＧａＮクラッド層を厚くする等の対策がと
られてきた。これらの問題点について、発明者が行った
コンピュータシミュレーションの結果を図１２及び図１
３に示す。
ではＦＦＰが多峰性を示すばかりでなく、ドーパント濃
度の高いＧａＮコンタクト層による光損失が大となる。
またレーザ光の広がりにより、活性層の光とじ込め係数
Γが減少し、これらの理由でレーザ発光のしきい値電流
密度が高くなる。従って、従来のＧａＮ系ＬＤではＧａ
Ｎコンタクト層への光のもれを減少するため、ＡｌＧａ
Ｎクラッド層のＡｌ組成を大きくしてｎ3 を小さくする
か、又はＡｌＧａＮクラッド層を厚くする等の対策がと
られてきた。これらの問題点について、発明者が行った
コンピュータシミュレーションの結果を図１２及び図１
３に示す。
【００１７】図１２は従来のＧａＮ系ＬＤについて求め
たＡｌＧａＮクラッド層２６、３０のＡｌ組成と厚さに
対するレーザ発光のしきい値電流の変化を示すシミュレ
ーション結果である。縦軸はＡｌＧａＮクラッド層の厚
さ、横軸はＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成である。各
曲線のパラメータはレーザ発光のしきい値電流密度Ｊの
値を示している。図より、ＡｌＧａＮクラッド層の厚さ
を大きくする程しきい値電流密度の値は小さく、また、
ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成を大きくする程しきい
値電流密度の値は小さくなることがわかる。
たＡｌＧａＮクラッド層２６、３０のＡｌ組成と厚さに
対するレーザ発光のしきい値電流の変化を示すシミュレ
ーション結果である。縦軸はＡｌＧａＮクラッド層の厚
さ、横軸はＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成である。各
曲線のパラメータはレーザ発光のしきい値電流密度Ｊの
値を示している。図より、ＡｌＧａＮクラッド層の厚さ
を大きくする程しきい値電流密度の値は小さく、また、
ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成を大きくする程しきい
値電流密度の値は小さくなることがわかる。
【００１８】従来のＧａＮ系ＬＤについて求めたＡｌＧ
ａＮクラッド層２６、３０及びＧａＮガイド層２７、２
９の厚さに対するレーザ発光のしきい値電流密度の変化
を図１３に示す。図よりクラッド層及びガイド層の厚さ
を大きくすれば、しきい値電流密度の値を低減すること
ができるが、ガイド層の厚さに対するしきい値電流密度
の依存性は緩やかであるため、しきい値電流密度を低減
するにはクラッド層の厚さを大きくすることが重要であ
ることがわかる。
ａＮクラッド層２６、３０及びＧａＮガイド層２７、２
９の厚さに対するレーザ発光のしきい値電流密度の変化
を図１３に示す。図よりクラッド層及びガイド層の厚さ
を大きくすれば、しきい値電流密度の値を低減すること
ができるが、ガイド層の厚さに対するしきい値電流密度
の依存性は緩やかであるため、しきい値電流密度を低減
するにはクラッド層の厚さを大きくすることが重要であ
ることがわかる。
【００１９】図１２、図１３において、解なしとされる
領域はレーザ発光が不可能となる領域であり、その近傍
でしきい値電流密度が急激に増加する状況が示されてい
る。いずれにしても、レーザ発光のしきい値電流を低減
するためにはクラッド層の厚さとＡｌ組成を増加するこ
とが有効であるが、可能な範囲でこれらの値を増加して
もしきい値電流密度Ｊの値を１ｋＡ／ｃｍ2 以下とする
ことは困難であることがわかる。
領域はレーザ発光が不可能となる領域であり、その近傍
でしきい値電流密度が急激に増加する状況が示されてい
る。いずれにしても、レーザ発光のしきい値電流を低減
するためにはクラッド層の厚さとＡｌ組成を増加するこ
とが有効であるが、可能な範囲でこれらの値を増加して
もしきい値電流密度Ｊの値を１ｋＡ／ｃｍ2 以下とする
ことは困難であることがわかる。
【００２０】通常、ＡｌＧａＮ層においてはＧａＮ層よ
りも不純物準位が深いため、ＡｌＧａＮクラッド層のキ
ャリア密度を高くすることは困難であり、ＡｌＧａＮク
ラッド層を厚くすればクラッド層の示す抵抗のためレー
ザ発光の動作電圧は高くなる。また、ＡｌＧａＮと他の
ＧａＮ系結晶との格子定数の相違から、ＡｌＧａＮ層の
Ａｌ組成や厚さを大きくすればクラックを生じ易く、信
頼性の低下をもたらす原因となる。
りも不純物準位が深いため、ＡｌＧａＮクラッド層のキ
ャリア密度を高くすることは困難であり、ＡｌＧａＮク
ラッド層を厚くすればクラッド層の示す抵抗のためレー
ザ発光の動作電圧は高くなる。また、ＡｌＧａＮと他の
ＧａＮ系結晶との格子定数の相違から、ＡｌＧａＮ層の
Ａｌ組成や厚さを大きくすればクラックを生じ易く、信
頼性の低下をもたらす原因となる。
【００２１】このように、低いしきい値電流密度で低電
圧動作し、ＦＦＰが単峰化され光ディスク等への応用に
適したＧａＮ系ＬＤを実現するためには、ＡｌＧａＮク
ラッド層の組成や厚さに関し、Ａｌ組成を増加するか又
はクラッド層を厚くすることにより活性層やガイド層へ
の光閉じ込め効果を向上させることが必要であった。
圧動作し、ＦＦＰが単峰化され光ディスク等への応用に
適したＧａＮ系ＬＤを実現するためには、ＡｌＧａＮク
ラッド層の組成や厚さに関し、Ａｌ組成を増加するか又
はクラッド層を厚くすることにより活性層やガイド層へ
の光閉じ込め効果を向上させることが必要であった。
【００２２】しかし一方において、Ａｌ組成を増加しク
ラッド層を厚くすれば、シリーズ抵抗が増加して動作電
圧が高くなり、また、ＡｌＧａＮと他のＧａＮ系結晶と
の格子定数の相違からクラックが発生し易くなる。この
ように、互いに相反する課題を解決する方法はいまだに
知られていないのが実情であった。
ラッド層を厚くすれば、シリーズ抵抗が増加して動作電
圧が高くなり、また、ＡｌＧａＮと他のＧａＮ系結晶と
の格子定数の相違からクラックが発生し易くなる。この
ように、互いに相反する課題を解決する方法はいまだに
知られていないのが実情であった。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
ＧａＮ系ＬＤには、ＩｎＧａＮ活性層の上下に隣接する
ＧａＮガイド層とこのＧａＮガイド層を挟むように形成
されたＡｌＧａＮクラッド層とからなる活性層周辺領域
の実効屈折率の値が、さらに前記ＡｌＧａＮクラッド層
を挟むように形成されたＧａＮコンタクト層の屈折率の
値よりも低いために、反導波モードによるレーザ発光を
生じ、ＦＦＰが多峰性を示すと同時に導波損失が増加
し、従って、しきい値電流密度が高くなるという問題が
あった。
ＧａＮ系ＬＤには、ＩｎＧａＮ活性層の上下に隣接する
ＧａＮガイド層とこのＧａＮガイド層を挟むように形成
されたＡｌＧａＮクラッド層とからなる活性層周辺領域
の実効屈折率の値が、さらに前記ＡｌＧａＮクラッド層
を挟むように形成されたＧａＮコンタクト層の屈折率の
値よりも低いために、反導波モードによるレーザ発光を
生じ、ＦＦＰが多峰性を示すと同時に導波損失が増加
し、従って、しきい値電流密度が高くなるという問題が
あった。
【００２４】また、従来のＧａＮ系ＬＤには、クラッド
層のＡｌ組成や厚さを大きくしてＡｌＧａＮクラッド層
の光閉じ込め効果を向上させようとすれば、動作電圧が
上昇し、またクラックが発生し、信頼性の問題を生じる
という相反する課題が含まれていた。
層のＡｌ組成や厚さを大きくしてＡｌＧａＮクラッド層
の光閉じ込め効果を向上させようとすれば、動作電圧が
上昇し、またクラックが発生し、信頼性の問題を生じる
という相反する課題が含まれていた。
【００２５】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、低いしきい値電流密度で低電圧で動作し、か
つ、ＦＦＰが単峰性を示す、光ディスク等への応用に適
した高信頼性のＧａＮ系ＬＤを提供することを目的とす
る。
たもので、低いしきい値電流密度で低電圧で動作し、か
つ、ＦＦＰが単峰性を示す、光ディスク等への応用に適
した高信頼性のＧａＮ系ＬＤを提供することを目的とす
る。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、少なくとも活性層とガイド層とクラッド層とを具
備するＧａＮ系化合物半導体からなるレーザ装置におい
て、少なくともＩｎ組成ｘ及びＡｌ組成ｙのいずれかの
値が異なる２種のＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（１≧ｘ≧
ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）の層が交互に積層された多量
子井戸構造を有する活性層と、Ｉｎz Ｇａ1-z Ｎ（１＞
ｚ＞０）からなるガイド層と、Ｉｎu Ａｌv Ｇａ1-u-v
Ｎ（１＞ｕ≧ｖ≧０、１＞ｕ＋ｖ＞０）からなるクラッ
ド層とを含むことを特徴とする。
置は、少なくとも活性層とガイド層とクラッド層とを具
備するＧａＮ系化合物半導体からなるレーザ装置におい
て、少なくともＩｎ組成ｘ及びＡｌ組成ｙのいずれかの
値が異なる２種のＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（１≧ｘ≧
ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）の層が交互に積層された多量
子井戸構造を有する活性層と、Ｉｎz Ｇａ1-z Ｎ（１＞
ｚ＞０）からなるガイド層と、Ｉｎu Ａｌv Ｇａ1-u-v
Ｎ（１＞ｕ≧ｖ≧０、１＞ｕ＋ｖ＞０）からなるクラッ
ド層とを含むことを特徴とする。
【００２７】また、本発明の半導体レーザ装置は、少な
くともＩｎ組成ｘ及びＡｌ組成ｙのいずれかの値が異な
る２種のＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（１≧ｘ≧ｙ≧０、
１≧ｘ＋ｙ≧０）の層が交互に積層された多量子井戸構
造を有する活性層と、ＩｎzＧａ1-z Ｎ（１＞ｚ＞０）
からなるガイド層と、ＧａＮからなるクラッド層とを含
むことを特徴とする。
くともＩｎ組成ｘ及びＡｌ組成ｙのいずれかの値が異な
る２種のＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（１≧ｘ≧ｙ≧０、
１≧ｘ＋ｙ≧０）の層が交互に積層された多量子井戸構
造を有する活性層と、ＩｎzＧａ1-z Ｎ（１＞ｚ＞０）
からなるガイド層と、ＧａＮからなるクラッド層とを含
むことを特徴とする。
【００２８】好ましくは前記ガイド層は、Ｉｎ組成ｚの
値が異なる２種のＩｎz Ｇａ1-z Ｎ（１＞ｚ≧０）の層
が交互に積層された、多重量子井戸構造を有することを
特徴とする。
値が異なる２種のＩｎz Ｇａ1-z Ｎ（１＞ｚ≧０）の層
が交互に積層された、多重量子井戸構造を有することを
特徴とする。
【００２９】また、本発明の半導体レーザ装置は、活性
層と、前記活性層の上下に隣接するガイド層と、前記ガ
イド層にそれぞれ隣接するクラッド層とを含むＧａＮ系
化合物半導体からなるレーザ装置において、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎ（１＞ｘ＞０）からなる活性層と、Ｉｎy Ｇａ
1-y Ｎ（１＞ｙ＞０、ｘ＞ｙ）からなるガイド層と、前
記活性層とガイド層との間、または前記ガイド層と前記
クラッド層との間にそれぞれ介在するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ
（１＞ｚ≧０）からなる薄膜障壁層とを含むことを特徴
とする。
層と、前記活性層の上下に隣接するガイド層と、前記ガ
イド層にそれぞれ隣接するクラッド層とを含むＧａＮ系
化合物半導体からなるレーザ装置において、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎ（１＞ｘ＞０）からなる活性層と、Ｉｎy Ｇａ
1-y Ｎ（１＞ｙ＞０、ｘ＞ｙ）からなるガイド層と、前
記活性層とガイド層との間、または前記ガイド層と前記
クラッド層との間にそれぞれ介在するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ
（１＞ｚ≧０）からなる薄膜障壁層とを含むことを特徴
とする。
【００３０】また、本発明の半導体レーザ装置は、少な
くとも活性層とガイド層とクラッド層とを具備するＧａ
Ｎ系化合物半導体からなるレーザ装置において、Ｉｎx
Ｇａ1-x Ｎ（１＞ｘ＞０）からなる活性層、またはＩｎ
y Ｇａ1-y Ｎ（１＞ｘ＞ｙ≧０）からなるガイド層の片
側に隣接し、Ａｌ組成ｚの値が異なる２種のＡｌz Ｇａ
1-z Ｎ（１＞ｚ≧０）からなる多量子井戸構造の薄膜障
壁層と、この多量子井戸構造の薄膜障壁層にさらに隣接
するＩｎu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ（１≧ｕ，ｖ≧０、１≧
ｕ＋ｖ≧０）からなるクラッド層とを含むことを特徴と
する。
くとも活性層とガイド層とクラッド層とを具備するＧａ
Ｎ系化合物半導体からなるレーザ装置において、Ｉｎx
Ｇａ1-x Ｎ（１＞ｘ＞０）からなる活性層、またはＩｎ
y Ｇａ1-y Ｎ（１＞ｘ＞ｙ≧０）からなるガイド層の片
側に隣接し、Ａｌ組成ｚの値が異なる２種のＡｌz Ｇａ
1-z Ｎ（１＞ｚ≧０）からなる多量子井戸構造の薄膜障
壁層と、この多量子井戸構造の薄膜障壁層にさらに隣接
するＩｎu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ（１≧ｕ，ｖ≧０、１≧
ｕ＋ｖ≧０）からなるクラッド層とを含むことを特徴と
する。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態に係るＧａＮ系ＬＤの断面構造を示す図であ
る。図１に示すＧａＮ系ＬＤは、サファイア基板１の上
のＧａＮバッフア層２と、ｎ+ −ＧａＮコンタクト層３
と、ｎ−ＧａＮクラッド層４と、ｎ−ＩｎＧａＮのＭＱ
Ｗガイド層５と、ＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ活性層６と、
ｐ−ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層７と、ｐ−ＧａＮクラ
ッド層８と、ｐ+ −ＧａＮコンタクト層９と、その上に
形成されたｐ電極１０とから構成される。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態に係るＧａＮ系ＬＤの断面構造を示す図であ
る。図１に示すＧａＮ系ＬＤは、サファイア基板１の上
のＧａＮバッフア層２と、ｎ+ −ＧａＮコンタクト層３
と、ｎ−ＧａＮクラッド層４と、ｎ−ＩｎＧａＮのＭＱ
Ｗガイド層５と、ＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ活性層６と、
ｐ−ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層７と、ｐ−ＧａＮクラ
ッド層８と、ｐ+ −ＧａＮコンタクト層９と、その上に
形成されたｐ電極１０とから構成される。
【００３２】さらにｐ+ −ＧａＮコンタクト層９からｎ
+ −ＧａＮコンタクト層３の途中まで部分的にエッチン
グし、露出したｎ+ −ＧａＮコンタクト層３の表面にｎ
電極１１が形成される。なお、ＧａＮバッファ層２は、
サファイア基板１の上に成長するＧａＮ系多層構造の結
晶性を改善することを目的としている。
+ −ＧａＮコンタクト層３の途中まで部分的にエッチン
グし、露出したｎ+ −ＧａＮコンタクト層３の表面にｎ
電極１１が形成される。なお、ＧａＮバッファ層２は、
サファイア基板１の上に成長するＧａＮ系多層構造の結
晶性を改善することを目的としている。
【００３３】ここでｎ型のドーパントはＳｉ、ｐ型のド
ーパントはＭｇであり、ｎ+ 、ｐ+はそれぞれの型のド
ーパント濃度が高いことを示す。活性層６を構成するＩ
ｎＡｌＧａＮのＭＱＷの構造は、それぞれバンドギャッ
プエネルギーの値が互いに異なる厚さ２０ｎｍ以下の２
種類のＩｎＡｌＧａＮ層からなる。なお、Ｉｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎ（１≧ｘ≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）のバ
ンドギャップエネルギーは、Ｉｎ組成ｘ又はＡｌ組成
ｙ、又は組成ｘ、ｙの値を共に変化させることにより、
互いに異なる値とすることができる。このとき、Ｉｎ組
成ｘ又はＡｌ組成ｙ、又は前記組成ｘ及びｙの値を最適
化すれば、活性層６を単層構造とすることもできるし、
また厚さ１００ｎｍ以下の薄い単一層からなるＳＱＷ構
造とすることもできる。
ーパントはＭｇであり、ｎ+ 、ｐ+はそれぞれの型のド
ーパント濃度が高いことを示す。活性層６を構成するＩ
ｎＡｌＧａＮのＭＱＷの構造は、それぞれバンドギャッ
プエネルギーの値が互いに異なる厚さ２０ｎｍ以下の２
種類のＩｎＡｌＧａＮ層からなる。なお、Ｉｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎ（１≧ｘ≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）のバ
ンドギャップエネルギーは、Ｉｎ組成ｘ又はＡｌ組成
ｙ、又は組成ｘ、ｙの値を共に変化させることにより、
互いに異なる値とすることができる。このとき、Ｉｎ組
成ｘ又はＡｌ組成ｙ、又は前記組成ｘ及びｙの値を最適
化すれば、活性層６を単層構造とすることもできるし、
また厚さ１００ｎｍ以下の薄い単一層からなるＳＱＷ構
造とすることもできる。
【００３４】なお図１のガイド層５、７は、それぞれの
厚さが２０ｎｍ以下の２種類のＩｎz Ｇａ1-z Ｎ（０≦
ｚ＜１）層を交互に積層してＭＱＷ構造のガイド層を形
成した場合が示されている。このようにガイド層５、７
はＭＱＷ構造としても良いし、Ｉｎ組成ｚの値がガイド
層の最適値に選定された単層構造からなるようにしても
良い。
厚さが２０ｎｍ以下の２種類のＩｎz Ｇａ1-z Ｎ（０≦
ｚ＜１）層を交互に積層してＭＱＷ構造のガイド層を形
成した場合が示されている。このようにガイド層５、７
はＭＱＷ構造としても良いし、Ｉｎ組成ｚの値がガイド
層の最適値に選定された単層構造からなるようにしても
良い。
【００３５】ＩｎＧａＮガイド層をＭＱＷ構造とすれ
ば、単層構造に比べて歪みの点で有利になり、良好な結
晶を成長することが容易となる。このとき、ＩｎＧａＮ
のＭＱＷ層にＭｇまたはＳｉ等のドーパントを変調ドー
ピングすれば、動作電圧を低減する上でとくに有効であ
る。ここで変調ドーピングとは、ＭＱＷの多層構造に合
わせて周期的にドーピングすることをいう。
ば、単層構造に比べて歪みの点で有利になり、良好な結
晶を成長することが容易となる。このとき、ＩｎＧａＮ
のＭＱＷ層にＭｇまたはＳｉ等のドーパントを変調ドー
ピングすれば、動作電圧を低減する上でとくに有効であ
る。ここで変調ドーピングとは、ＭＱＷの多層構造に合
わせて周期的にドーピングすることをいう。
【００３６】図１に示すように、ガイド層をＩｎＧａＮ
のＭＱＷ構造又は単層構造とすれば、従来必要であつた
ＡｌＧａＮクラッド層が不要となる特徴がある。すなわ
ち、図１に示すようにＩｎＡｌＧａＮ活性層６とその上
下に隣接するＩｎＧａＮガイド層５、７と、さらにその
上下に隣接するＧａＮクラッド層４、８からなるＧａＮ
系ＬＤにおいて、Ｉｎ組成とＡｌ組成とを最適化するこ
とにより、活性層、ガイド層、及びクラッド層からなる
活性層周辺領域の実効屈折率ｎeff の値が、さらにその
外側に隣接して形成されるＧａＮコンタクト層の屈折率
ｎ4 よりも大きいＧａＮ系ＬＤを実現することができ
る。
のＭＱＷ構造又は単層構造とすれば、従来必要であつた
ＡｌＧａＮクラッド層が不要となる特徴がある。すなわ
ち、図１に示すようにＩｎＡｌＧａＮ活性層６とその上
下に隣接するＩｎＧａＮガイド層５、７と、さらにその
上下に隣接するＧａＮクラッド層４、８からなるＧａＮ
系ＬＤにおいて、Ｉｎ組成とＡｌ組成とを最適化するこ
とにより、活性層、ガイド層、及びクラッド層からなる
活性層周辺領域の実効屈折率ｎeff の値が、さらにその
外側に隣接して形成されるＧａＮコンタクト層の屈折率
ｎ4 よりも大きいＧａＮ系ＬＤを実現することができ
る。
【００３７】第１の実施の形態のＧａＮ系ＬＤでは、従
来のＡｌＧａＮクラッド層の代わりにＧａＮクラッド層
４、８が用いられるため、その外側にさらにＧａＮコン
タクト層３、９が積層されても、レーザ発光はＩｎＧａ
Ｎ活性層に沿った屈折率導波モードにより生じ、不純物
ドープ量の大きいＧａＮコンタクト層への光のしみだし
が少ない。すなわち、ＧａＮコンタクト層における光閉
じ込め係数が従来のＧａＮ系ＬＤよりも減少する。
来のＡｌＧａＮクラッド層の代わりにＧａＮクラッド層
４、８が用いられるため、その外側にさらにＧａＮコン
タクト層３、９が積層されても、レーザ発光はＩｎＧａ
Ｎ活性層に沿った屈折率導波モードにより生じ、不純物
ドープ量の大きいＧａＮコンタクト層への光のしみだし
が少ない。すなわち、ＧａＮコンタクト層における光閉
じ込め係数が従来のＧａＮ系ＬＤよりも減少する。
【００３８】図２は本第１の実施の形態に係るＧａＮ系
ＬＤについて求めたＦＦＰの形状である。このとき、Ｉ
ｎＡｌＧａＮからなるＭＱＷ活性層のＡｌ組成の値は
零、すなわちＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層を用いる場合に
ついて求めたものである。しかし、ＦＦＰの形状はＭＱ
Ｗ活性層のＡｌ組成にはほとんど依存せず、Ａｌを含む
ＭＱＷ活性層についてもほぼ同様な結果が得られた。
ＬＤについて求めたＦＦＰの形状である。このとき、Ｉ
ｎＡｌＧａＮからなるＭＱＷ活性層のＡｌ組成の値は
零、すなわちＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層を用いる場合に
ついて求めたものである。しかし、ＦＦＰの形状はＭＱ
Ｗ活性層のＡｌ組成にはほとんど依存せず、Ａｌを含む
ＭＱＷ活性層についてもほぼ同様な結果が得られた。
【００３９】ＡｌＧａＮクラッド層を用いた図１１に示
す従来のＧａＮ系ＬＤのＦＦＰに比べて、ＧａＮコンタ
クト層による光閉じ込めが完全に消失し、ＦＦＰは優れ
た単峰特性とすることができた。また、図２に示す本発
明のＧａＮ系ＬＤの構造では、従来約±２０度であった
光ビームの角度分布が±５度に低減し、ビーム径を縮小
する上で大幅な改善がみられた。
す従来のＧａＮ系ＬＤのＦＦＰに比べて、ＧａＮコンタ
クト層による光閉じ込めが完全に消失し、ＦＦＰは優れ
た単峰特性とすることができた。また、図２に示す本発
明のＧａＮ系ＬＤの構造では、従来約±２０度であった
光ビームの角度分布が±５度に低減し、ビーム径を縮小
する上で大幅な改善がみられた。
【００４０】図１に示す第１の実施の形態のＧａＮ系Ｌ
Ｄは、波長約４２０ｎｍにおいて室温で連続動作（直流
電流による動作）し、そのしきい値電流密度は１ｋＡ／
ｃｍ2 以下であり、また、レーザ発光のＦＦＰは図２の
ような優れた単峰特性を示すことが確認された。
Ｄは、波長約４２０ｎｍにおいて室温で連続動作（直流
電流による動作）し、そのしきい値電流密度は１ｋＡ／
ｃｍ2 以下であり、また、レーザ発光のＦＦＰは図２の
ような優れた単峰特性を示すことが確認された。
【００４１】次に図３に基づき、本発明の第２の実施の
形態に係るＧａＮ系ＬＤについて説明する。図３におい
て、図１のＧａＮ系ＬＤと対応する部分には同一の参照
番号を付している。（以下図４、図６、図７において同
じ）。
形態に係るＧａＮ系ＬＤについて説明する。図３におい
て、図１のＧａＮ系ＬＤと対応する部分には同一の参照
番号を付している。（以下図４、図６、図７において同
じ）。
【００４２】図１においては、ＩｎＡｌＧａＮ活性層６
の上下にＩｎＧａＮのＭＱＷガイト層５、７が隣接して
いたが、このＩｎＧａＮのＭＱＷガイト層は、図３に示
すようにＩｎＡｌＧａＮ活性層６の片側のみに隣接して
いても良い。図３ではＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ活性層６
とｎ−ＧａＮクラッド層４との間にｎ−ＩｎＧａＮのＭ
ＱＷガイド層５を設けた場合が示されている。
の上下にＩｎＧａＮのＭＱＷガイト層５、７が隣接して
いたが、このＩｎＧａＮのＭＱＷガイト層は、図３に示
すようにＩｎＡｌＧａＮ活性層６の片側のみに隣接して
いても良い。図３ではＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ活性層６
とｎ−ＧａＮクラッド層４との間にｎ−ＩｎＧａＮのＭ
ＱＷガイド層５を設けた場合が示されている。
【００４３】先に述べたように、結晶性の良好なＩｎＧ
ａＮガイド層をＭＱＷ活性層に近接して形成することは
やや困難であるが、ガイド層をＭＱＷ構造とすれば、活
性層に近接してＩｎＧａＮからなる良好なＭＱＷガイド
層を設けることも可能になる。
ａＮガイド層をＭＱＷ活性層に近接して形成することは
やや困難であるが、ガイド層をＭＱＷ構造とすれば、活
性層に近接してＩｎＧａＮからなる良好なＭＱＷガイド
層を設けることも可能になる。
【００４４】このようにＩｎＡｌＧａＮ活性層６の片側
のみに隣接してＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層を設けた場
合には、図２に比べてＦＦＰの強度分布がやや非対称と
なり、活性層による光利得もやや低下するが、ｎeff の
値を最適化すれば図２と同様に低いしきい値電流密度と
優れた単峰特性のＦＦＰを得ることができる。
のみに隣接してＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層を設けた場
合には、図２に比べてＦＦＰの強度分布がやや非対称と
なり、活性層による光利得もやや低下するが、ｎeff の
値を最適化すれば図２と同様に低いしきい値電流密度と
優れた単峰特性のＦＦＰを得ることができる。
【００４５】第１、第２の実施の形態でのべたように、
従来のＡｌＧａＮクラッド層の代わりにＧａＮクラッド
層を用いればＦＦＰを単峰化することができる。また、
ＡｌＧａＮクラッドを用いなければ、比較的抵抗の高い
ＡｌＧａＮクラッド層による電圧降下も生じなくなるた
めレーザ発光時の動作電圧が低減し、かつ、厚いＡｌＧ
ａＮクラッド層によるクラックの発生も回避され、信頼
性が大幅に向上する。
従来のＡｌＧａＮクラッド層の代わりにＧａＮクラッド
層を用いればＦＦＰを単峰化することができる。また、
ＡｌＧａＮクラッドを用いなければ、比較的抵抗の高い
ＡｌＧａＮクラッド層による電圧降下も生じなくなるた
めレーザ発光時の動作電圧が低減し、かつ、厚いＡｌＧ
ａＮクラッド層によるクラックの発生も回避され、信頼
性が大幅に向上する。
【００４６】図４は、本発明の第３の実施の形態に係る
ＧａＮ系ＬＤの断面構造を示す図である。図４に示すＧ
ａＮ系ＬＤは、サフアイア基板１の上に、ＧａＮバッフ
ァ層２と、ｎ+ −ＧａＮコンタクト層３と、ｎ−ＩｎＡ
ｌＧａＮクラッド層１２と、ｎ−ＩｎＧａＮのＭＱＷガ
イド層５と、ＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ活性層６と、ｐ−
ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層７と、ｐ−ＩｎＡｌＧａＮ
クラッド層１３と、ｐ+ −ＧａＮコンタクト層９と、そ
の上部に形成されたｐ電極１０とからなる。
ＧａＮ系ＬＤの断面構造を示す図である。図４に示すＧ
ａＮ系ＬＤは、サフアイア基板１の上に、ＧａＮバッフ
ァ層２と、ｎ+ −ＧａＮコンタクト層３と、ｎ−ＩｎＡ
ｌＧａＮクラッド層１２と、ｎ−ＩｎＧａＮのＭＱＷガ
イド層５と、ＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ活性層６と、ｐ−
ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層７と、ｐ−ＩｎＡｌＧａＮ
クラッド層１３と、ｐ+ −ＧａＮコンタクト層９と、そ
の上部に形成されたｐ電極１０とからなる。
【００４７】さらに、ｐ+ −ＧａＮコンタクト層９から
ｎ+ −ＧａＮコンタクト層３の途中まで部分的にエッチ
ングし、露出したｎ+ −ＧａＮコンタクト層３の表面に
ｎ電極１１が形成される。
ｎ+ −ＧａＮコンタクト層３の途中まで部分的にエッチ
ングし、露出したｎ+ −ＧａＮコンタクト層３の表面に
ｎ電極１１が形成される。
【００４８】ここで図１と同様ｎ型のドーパントはＳ
ｉ、ｐ型のドーパントはＭｇである。またＩｎＡｌＧａ
ＮのＭＱＷ活性層６は、厚さ２０ｎｍ以下の組成の異な
る２種類のＩｎＡｌＧａＮ層を交互に積層したＭＱＷ構
造、又は組成を最適化した単一層又は薄い単層のＳＱＷ
構造からなるものであり、ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層
５、７は、厚さ１００ｎｍ以下の組成の異なる２種のＩ
ｎＧａＮ層を交互に積層したＭＱＷ構造からなるもので
ある。
ｉ、ｐ型のドーパントはＭｇである。またＩｎＡｌＧａ
ＮのＭＱＷ活性層６は、厚さ２０ｎｍ以下の組成の異な
る２種類のＩｎＡｌＧａＮ層を交互に積層したＭＱＷ構
造、又は組成を最適化した単一層又は薄い単層のＳＱＷ
構造からなるものであり、ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層
５、７は、厚さ１００ｎｍ以下の組成の異なる２種のＩ
ｎＧａＮ層を交互に積層したＭＱＷ構造からなるもので
ある。
【００４９】ガイド層５、７をＩｎＧａＮのＭＱＷとす
る理由は、本第３の実施の形態においても第２の実施の
形態でのべたように、良好なＩｎＧａＮ結晶を得ること
が難しいが、これをＭＱＷ構造とすれば結晶性が大幅に
改善されることによる。
る理由は、本第３の実施の形態においても第２の実施の
形態でのべたように、良好なＩｎＧａＮ結晶を得ること
が難しいが、これをＭＱＷ構造とすれば結晶性が大幅に
改善されることによる。
【００５０】図４に示す第３の実施の形態においては、
クラッド層１２、１３をＩｎu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ（１
＞ｕ≧ｖ≧０、１＞ｕ＋ｖ＞０）のような４元化合物と
し、Ｉｎ組成ｕがＡｌ組成ｖよりも大きい層とすること
に特徴がある。
クラッド層１２、１３をＩｎu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ（１
＞ｕ≧ｖ≧０、１＞ｕ＋ｖ＞０）のような４元化合物と
し、Ｉｎ組成ｕがＡｌ組成ｖよりも大きい層とすること
に特徴がある。
【００５１】このように第２の実施の形態では、活性層
とクラッド層とをＩｎ組成がＡｌ組成より大きいＩｎＡ
ｌＧａＮとし、かつ、ガイド層をＩｎＧａＮのＭＱＷと
することにより、活性層とガイド層とクラッド層からな
る活性層周辺領域の実効屈折率ｎeff の値が、さらにそ
の外側に隣接して形成されるＧａＮコンタクト層の屈折
率ｎ4 よりも大きいＧａＮ系ＬＤを実現している。
とクラッド層とをＩｎ組成がＡｌ組成より大きいＩｎＡ
ｌＧａＮとし、かつ、ガイド層をＩｎＧａＮのＭＱＷと
することにより、活性層とガイド層とクラッド層からな
る活性層周辺領域の実効屈折率ｎeff の値が、さらにそ
の外側に隣接して形成されるＧａＮコンタクト層の屈折
率ｎ4 よりも大きいＧａＮ系ＬＤを実現している。
【００５２】従って第３の実施の形態のＧａＮ系ＬＤで
は、第１の実施の形態と同様、ＧａＮコンタクト層３、
９が積層されても、実効屈折率ｎeff がＧａＮコンタク
ト層よりも大きいので、レーザ発光はＩｎＡｌＧａＮ活
性層に沿った屈折率導波モードにより生じ、ドーパント
濃度の高いＧａＮコンタクト層へのしみだしは減少す
る。従って、ＦＦＰの強度分布は、図２に示すような優
れた単峰特性を示すようにすることができる。
は、第１の実施の形態と同様、ＧａＮコンタクト層３、
９が積層されても、実効屈折率ｎeff がＧａＮコンタク
ト層よりも大きいので、レーザ発光はＩｎＡｌＧａＮ活
性層に沿った屈折率導波モードにより生じ、ドーパント
濃度の高いＧａＮコンタクト層へのしみだしは減少す
る。従って、ＦＦＰの強度分布は、図２に示すような優
れた単峰特性を示すようにすることができる。
【００５３】なお、第２の実施の形態と同様、ＩｎＧａ
ＮのＭＱＷガイド層５、７は、必ずしもＩｎＡｌＧａＮ
のＭＱＷ活性層６の両側に形成する必要はなく、ＦＦＰ
の強度分布がやや非対称になる欠点はあるが、ＩｎＧａ
ＮのＭＱＷガイド層５、７が片側のみであっても同様に
優れた単峰特性を得ることができる。このように第３の
実施の形態の構造を用いれば、第１の実施の形態とほぼ
同様に、優れた特性のＧａＮ系ＬＤを得ることができ
る。
ＮのＭＱＷガイド層５、７は、必ずしもＩｎＡｌＧａＮ
のＭＱＷ活性層６の両側に形成する必要はなく、ＦＦＰ
の強度分布がやや非対称になる欠点はあるが、ＩｎＧａ
ＮのＭＱＷガイド層５、７が片側のみであっても同様に
優れた単峰特性を得ることができる。このように第３の
実施の形態の構造を用いれば、第１の実施の形態とほぼ
同様に、優れた特性のＧａＮ系ＬＤを得ることができ
る。
【００５４】次に図５に基づき本発明の第４の実施の形
態について説明する。本発明の第１乃至第３の実施の形
態において、ＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ活性層６の両側又
は片側にＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層５、７を設ける場
合について説明した。しかし、図５に示すように、活性
層のＡｌ組成が零であって活性層がガイド層と同様にＩ
ｎＧａＮからなる場合には、ガイド層と活性層との間の
バンドギャップの差が小さいので活性層に注入されたキ
ャリアのガイド層へのオーバーフロー効果が大きくな
る。
態について説明する。本発明の第１乃至第３の実施の形
態において、ＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ活性層６の両側又
は片側にＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層５、７を設ける場
合について説明した。しかし、図５に示すように、活性
層のＡｌ組成が零であって活性層がガイド層と同様にＩ
ｎＧａＮからなる場合には、ガイド層と活性層との間の
バンドギャップの差が小さいので活性層に注入されたキ
ャリアのガイド層へのオーバーフロー効果が大きくな
る。
【００５５】すなわち、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１）からなる活性層と、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜
１、ｘ＞ｙ）からなるガイド層とが隣接して形成された
場合に、Ｉｎ組成ｘとｙとの差が小さければ、両者のバ
ンドギャップの差は小さくキャリアオーバーフローを生
じやすい。
１）からなる活性層と、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜
１、ｘ＞ｙ）からなるガイド層とが隣接して形成された
場合に、Ｉｎ組成ｘとｙとの差が小さければ、両者のバ
ンドギャップの差は小さくキャリアオーバーフローを生
じやすい。
【００５６】図５では、活性層とガイド層とが共に均一
組成の単層からなる場合が示されているが、同様な問題
は両者が共にＭＱＷの場合、又は両者のいずれかがＭＱ
Ｗの場合にも生じる。また、活性層にＡｌ組成が含まれ
ても、その含有量が小さい場合には同様な問題が生じ
る。すなわち、ガイド層にキャリアがオーバーフロー
し、高い効率でレーザ発光させるのに必要な活性層への
キャリア閉じ込めが不十分となる。
組成の単層からなる場合が示されているが、同様な問題
は両者が共にＭＱＷの場合、又は両者のいずれかがＭＱ
Ｗの場合にも生じる。また、活性層にＡｌ組成が含まれ
ても、その含有量が小さい場合には同様な問題が生じ
る。すなわち、ガイド層にキャリアがオーバーフロー
し、高い効率でレーザ発光させるのに必要な活性層への
キャリア閉じ込めが不十分となる。
【００５７】図５は、この問題を回避するため、ＩｎＧ
ａＮ活性層とｐ−ＩｎＧａＮガイド層及びｎ−ＩｎＧａ
Ｎガイド層との間にそれぞれＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（０≦ｚ
＜１）からなる薄膜障壁層を設けたときのバンド構造図
を示している。ここでＡｌ組成ｚの値は、前記活性層と
ガイド層のＩｎ組成ｘ、ｙ（ｘ＞ｙ）との兼ね合いで最
適化される。図５においてｐ型及びｎ型のクラッド層が
ＧａＮからなるとき、このＡｌＧａＮ薄膜障壁層はＩｎ
ＧａＮガイド層とＧａＮクラッド層の間に設けても良
い。
ａＮ活性層とｐ−ＩｎＧａＮガイド層及びｎ−ＩｎＧａ
Ｎガイド層との間にそれぞれＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（０≦ｚ
＜１）からなる薄膜障壁層を設けたときのバンド構造図
を示している。ここでＡｌ組成ｚの値は、前記活性層と
ガイド層のＩｎ組成ｘ、ｙ（ｘ＞ｙ）との兼ね合いで最
適化される。図５においてｐ型及びｎ型のクラッド層が
ＧａＮからなるとき、このＡｌＧａＮ薄膜障壁層はＩｎ
ＧａＮガイド層とＧａＮクラッド層の間に設けても良
い。
【００５８】ｐ型側のＡｌＧａＮ薄膜障壁層で電子が活
性層からｐ−ＩｎＧａＮガイド層にオーバーフローする
のが防止され、ｎ型側のＡｌＧａＮ薄膜障壁層で正孔が
活性層からｎ−ＩｎＧａＮガイド層にオーバーフローす
るのが防止される。このように活性層とガイド層が共に
ＩｎＧａＮから形成され、両者の界面に形成される障壁
が小さい場合には、活性層とｎ側及びｐ側のＩｎＧａＮ
ガイド層との間にそれぞれＡｌＧａＮ薄膜障壁層を設
け、活性層へのキャリア閉じ込めを強化することがレー
ザ発光のしきい値電流密度を低減し、発光効率を高める
ための重要な対策となる。
性層からｐ−ＩｎＧａＮガイド層にオーバーフローする
のが防止され、ｎ型側のＡｌＧａＮ薄膜障壁層で正孔が
活性層からｎ−ＩｎＧａＮガイド層にオーバーフローす
るのが防止される。このように活性層とガイド層が共に
ＩｎＧａＮから形成され、両者の界面に形成される障壁
が小さい場合には、活性層とｎ側及びｐ側のＩｎＧａＮ
ガイド層との間にそれぞれＡｌＧａＮ薄膜障壁層を設
け、活性層へのキャリア閉じ込めを強化することがレー
ザ発光のしきい値電流密度を低減し、発光効率を高める
ための重要な対策となる。
【００５９】次に図６に基づき、本発明の第５の実施の
形態について説明する。図６は、前記ＡｌＧａＮ薄膜障
壁層１５及び１７を、それぞれＩｎＧａＮのＭＱＷ活性
層１６とｎ−ＩｎＧａＮガイド層１４との間、及びＩｎ
ＧａＮのＭＱＷ活性層１６とｐ−ＩｎＧａＮガイド層１
８との間に設けたＧａＮ系ＬＤの断面構造が示されてい
る。ここでＩｎＧａＮガイド層の組成は、Ｉｎy Ｇａ
1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）の範囲で最適化される。
形態について説明する。図６は、前記ＡｌＧａＮ薄膜障
壁層１５及び１７を、それぞれＩｎＧａＮのＭＱＷ活性
層１６とｎ−ＩｎＧａＮガイド層１４との間、及びＩｎ
ＧａＮのＭＱＷ活性層１６とｐ−ＩｎＧａＮガイド層１
８との間に設けたＧａＮ系ＬＤの断面構造が示されてい
る。ここでＩｎＧａＮガイド層の組成は、Ｉｎy Ｇａ
1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）の範囲で最適化される。
【００６０】図６に示す第５の実施の形態のＧａＮ系Ｌ
Ｄは、ｐ−ＩｎＧａＮガイド層１８とｐ−ＧａＮクラッ
ド層８との間に埋め込まれたストライプ状の開口部を有
するｎ−ＧａＮ電流ブロック層１９を備えている。ｎ−
ＧａＮ電流ブロック層１９は、ｐ電極１０より流入する
正孔電流をＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層の直近部におい
て、活性層の長手方向に沿って中央部に集中することに
より、レーザ発光のしきい値電流密度を低減し、かつ、
活性層の面内のビーム幅を小さくするのに役立つ。
Ｄは、ｐ−ＩｎＧａＮガイド層１８とｐ−ＧａＮクラッ
ド層８との間に埋め込まれたストライプ状の開口部を有
するｎ−ＧａＮ電流ブロック層１９を備えている。ｎ−
ＧａＮ電流ブロック層１９は、ｐ電極１０より流入する
正孔電流をＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層の直近部におい
て、活性層の長手方向に沿って中央部に集中することに
より、レーザ発光のしきい値電流密度を低減し、かつ、
活性層の面内のビーム幅を小さくするのに役立つ。
【００６１】ｐ−ＧａＮクラッド層８とｐ−ＩｎＧａＮ
ガイド層１８との界面は、図６の破線に示すＡ、Ｂ、
Ｃ、のいずれの位置にあっても良い。その位置は当該Ｇ
ａＮ系ＬＤの製造工程に依存して選択される。また図６
に示す構造において、電流ブロック層１９の材料はｐ−
ＧａＮに限定されるものではなく、ｎ−ＩｎＧａＮ又は
ｎ−ＡｌＧａＮを用いても良い。
ガイド層１８との界面は、図６の破線に示すＡ、Ｂ、
Ｃ、のいずれの位置にあっても良い。その位置は当該Ｇ
ａＮ系ＬＤの製造工程に依存して選択される。また図６
に示す構造において、電流ブロック層１９の材料はｐ−
ＧａＮに限定されるものではなく、ｎ−ＩｎＧａＮ又は
ｎ−ＡｌＧａＮを用いても良い。
【００６２】電流ブロック層としてｎ−ＩｎＧａＮを用
いる場合には、ＧａＮに比べてバンドギャップが小さい
ため、ＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層１６のレーザ光が一部
吸収されることによりレーザ光の横モードが制御され、
単一モードのレーザ発光が可能となり最小のビーム幅を
得ることができる。またｎ−ＡｌＧａＮを用いる場合に
は、ＩｎＧａＮからなるガイド層及び活性層に比べて屈
折率が小さいので、光閉じ込め効果によりレーザ光の横
モードが制御され、同様に単一モードのレーザ発光が可
能となる。
いる場合には、ＧａＮに比べてバンドギャップが小さい
ため、ＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層１６のレーザ光が一部
吸収されることによりレーザ光の横モードが制御され、
単一モードのレーザ発光が可能となり最小のビーム幅を
得ることができる。またｎ−ＡｌＧａＮを用いる場合に
は、ＩｎＧａＮからなるガイド層及び活性層に比べて屈
折率が小さいので、光閉じ込め効果によりレーザ光の横
モードが制御され、同様に単一モードのレーザ発光が可
能となる。
【００６３】このようにレーザ発光の横モードを制御し
て単一モードにすると同時に、従来のＡｌＧａＮクラッ
ド層に代えて図６に示すようにＧａＮクラッド層を用い
れば、ＧａＮコンタクト層への光閉じ込めが回避され、
ＦＦＰが単峰化されるので、活性層に対して垂直方向の
光ビームの角度分布もまた大幅に低減される。従って、
光ディスク等の光源として極めて優れた、ビーム径の小
さいＧａＮ系ＬＤを得ることができる。
て単一モードにすると同時に、従来のＡｌＧａＮクラッ
ド層に代えて図６に示すようにＧａＮクラッド層を用い
れば、ＧａＮコンタクト層への光閉じ込めが回避され、
ＦＦＰが単峰化されるので、活性層に対して垂直方向の
光ビームの角度分布もまた大幅に低減される。従って、
光ディスク等の光源として極めて優れた、ビーム径の小
さいＧａＮ系ＬＤを得ることができる。
【００６４】また図６に示すＧａＮ系ＬＤの構造におい
て、ｎ型側のＧａＮクラッド層が省略されているが、ｎ
−ＧａＮクラッド層の役割はｎ−ＧａＮコンタクト層３
が兼ね備えていることに注目しなければならない。
て、ｎ型側のＧａＮクラッド層が省略されているが、ｎ
−ＧａＮクラッド層の役割はｎ−ＧａＮコンタクト層３
が兼ね備えていることに注目しなければならない。
【００６５】図１、図３及び図４においては、このｎ−
ＧａＮコンタクト層３をｎ+ とすることによりｎ電極の
コンタクト抵抗の低減を図っているが、図６のＧａＮ系
ＬＤではｎ−ＩｎＧａＮガイド層１４を通るレーザ光
が、これに隣接しクラッド層としての役割を兼ねるｎ−
ＧａＮコンタクト層３により吸収されるので、これをｎ
+ とすることができない。このため、図６のｎ−ＧａＮ
コンタクト層３は図１、図３及び図４に比べて厚く成長
し、ｎ電極下部のシート抵抗を低減するように設計され
る。
ＧａＮコンタクト層３をｎ+ とすることによりｎ電極の
コンタクト抵抗の低減を図っているが、図６のＧａＮ系
ＬＤではｎ−ＩｎＧａＮガイド層１４を通るレーザ光
が、これに隣接しクラッド層としての役割を兼ねるｎ−
ＧａＮコンタクト層３により吸収されるので、これをｎ
+ とすることができない。このため、図６のｎ−ＧａＮ
コンタクト層３は図１、図３及び図４に比べて厚く成長
し、ｎ電極下部のシート抵抗を低減するように設計され
る。
【００６６】このことから逆に図１、図３及び図４にお
いて、ｎ+ −ＧａＮコンタクト層３の代わりに厚いｎ−
ＧａＮコンタクト層とし、ｎ−ＧａＮクラッド層又はｎ
−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を省略できることが導かれ
る。なお、図６においてｐ−ＧａＮクラッド層８はｐ−
ＩｎＧａＮとしても良く、またｐ−ＩｎＧａＮガイド層
１８をｐ−ＧａＮ層としても良い。
いて、ｎ+ −ＧａＮコンタクト層３の代わりに厚いｎ−
ＧａＮコンタクト層とし、ｎ−ＧａＮクラッド層又はｎ
−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を省略できることが導かれ
る。なお、図６においてｐ−ＧａＮクラッド層８はｐ−
ＩｎＧａＮとしても良く、またｐ−ＩｎＧａＮガイド層
１８をｐ−ＧａＮ層としても良い。
【００６７】次に図７に基づき、本発明の第６の実施の
形態について説明する。図７に示す第６の実施の形態の
ＧａＮ系ＬＤは、電流ブロック層１９がｐ−ＩｎＧａＮ
ガイド層１８を超えてＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層１６と
ｎ−ＩｎＧａＮガイド層１４との界面にまで達する構造
にされたことに特徴がある。また、図７のＧａＮ系ＬＤ
はＡｌＧａＮ薄膜障壁層１５、１７を備え、ＩｎＧａＮ
のＭＱＷ活性層１６に注入された電子・正孔のＩｎＧａ
Ｎガイド層１４、１８へのオーバーフローを防止してい
る。
形態について説明する。図７に示す第６の実施の形態の
ＧａＮ系ＬＤは、電流ブロック層１９がｐ−ＩｎＧａＮ
ガイド層１８を超えてＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層１６と
ｎ−ＩｎＧａＮガイド層１４との界面にまで達する構造
にされたことに特徴がある。また、図７のＧａＮ系ＬＤ
はＡｌＧａＮ薄膜障壁層１５、１７を備え、ＩｎＧａＮ
のＭＱＷ活性層１６に注入された電子・正孔のＩｎＧａ
Ｎガイド層１４、１８へのオーバーフローを防止してい
る。
【００６８】このように活性層１６が直接電流ブロック
層１９により仕切られた構造にすれば、活性層１６への
電流の集中は第５の実施の形態に比べてさらに効果的に
行われ、しきい値電流の低減とレーザ発光の単一モード
化を達成することができる。
層１９により仕切られた構造にすれば、活性層１６への
電流の集中は第５の実施の形態に比べてさらに効果的に
行われ、しきい値電流の低減とレーザ発光の単一モード
化を達成することができる。
【００６９】このときｎ−ＧａＮ電流ブロック層の深さ
は、図７の破線に示すように、それぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
の位置までとすることができる。Ｄの位置を選択すれ
ば、ＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層に注入される電子・正孔
電流は均一化され良好な結果が得られる。なお、図７の
ＧａＮ系ＬＤにおいて、ＩｎＧａＮガイド層１４、１８
は、ｎ側又はｐ側の一方のみとすることもできる。
は、図７の破線に示すように、それぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
の位置までとすることができる。Ｄの位置を選択すれ
ば、ＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層に注入される電子・正孔
電流は均一化され良好な結果が得られる。なお、図７の
ＧａＮ系ＬＤにおいて、ＩｎＧａＮガイド層１４、１８
は、ｎ側又はｐ側の一方のみとすることもできる。
【００７０】ここで、第５、第６の実施の形態に係るＧ
ａＮ系ＬＤの製造方法の特徴について説明する。図６に
示すＧａＮ系ＬＤの製造方法は次のとおりである。ま
ず、サファイア基板１の上に結晶性の優れたＧａＮ系の
多層構造を成長するため、ＧａＮバッファ層２を成長
し、引き続きｎ−ＧａＮコンタクト層３、ｎ−ＩｎＧａ
Ｎガイド層１４、ＡｌＧａＮ薄膜障壁層１５、ＩｎＧａ
ＮのＭＱＷ活性層１６、ＡｌＧａＮ薄膜障壁層１７、ｐ
−ＩｎＧａＮガイド層１８まで成長する。
ａＮ系ＬＤの製造方法の特徴について説明する。図６に
示すＧａＮ系ＬＤの製造方法は次のとおりである。ま
ず、サファイア基板１の上に結晶性の優れたＧａＮ系の
多層構造を成長するため、ＧａＮバッファ層２を成長
し、引き続きｎ−ＧａＮコンタクト層３、ｎ−ＩｎＧａ
Ｎガイド層１４、ＡｌＧａＮ薄膜障壁層１５、ＩｎＧａ
ＮのＭＱＷ活性層１６、ＡｌＧａＮ薄膜障壁層１７、ｐ
−ＩｎＧａＮガイド層１８まで成長する。
【００７１】次にｎ−ＧａＮ電流ブロック層１９と表面
保護層（図示せず）を成長し、この表面保護層を用いて
前記ｎ−ＧａＮ電流ブロック層１９の一部をｐ−ＩｎＧ
ａＮガイド層１８に達するまで選択エッチングし、スト
ライプ状の開口部を形成する。
保護層（図示せず）を成長し、この表面保護層を用いて
前記ｎ−ＧａＮ電流ブロック層１９の一部をｐ−ＩｎＧ
ａＮガイド層１８に達するまで選択エッチングし、スト
ライプ状の開口部を形成する。
【００７２】高温放置により、前記表面保護層を気相エ
ッチングで除去した後、前記開口部の内部と前記電流ブ
ロック層上にｐ−ＧａＮクラッド層８を成長する。以上
のＧａＮ系多層構造の成長は全て１０００℃以下のＭＯ
ＣＶＤ (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法
を用いて行うことができる。
ッチングで除去した後、前記開口部の内部と前記電流ブ
ロック層上にｐ−ＧａＮクラッド層８を成長する。以上
のＧａＮ系多層構造の成長は全て１０００℃以下のＭＯ
ＣＶＤ (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法
を用いて行うことができる。
【００７３】従来のＧａＮ系ＬＤでは通常ＡｌＧａＮク
ラッド層を用いるが、良好なＡｌＧａＮを成長するのに
１０００℃以上の高温成長を行う必要があった。１００
０℃以上の高温成長では、ｐ型ドーパントのＭｇが拡散
しやすく、ＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層１６の中にＭｇが
侵入したり、ＭＱＷの構成に必要なＩｎ組成のステップ
状の周期的な組成分布がＩｎの相互拡散によりなだらか
にされて、ＭＱＷ活性層の優れた特性が発揮されなくな
る等の問題を生じていた。
ラッド層を用いるが、良好なＡｌＧａＮを成長するのに
１０００℃以上の高温成長を行う必要があった。１００
０℃以上の高温成長では、ｐ型ドーパントのＭｇが拡散
しやすく、ＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層１６の中にＭｇが
侵入したり、ＭＱＷの構成に必要なＩｎ組成のステップ
状の周期的な組成分布がＩｎの相互拡散によりなだらか
にされて、ＭＱＷ活性層の優れた特性が発揮されなくな
る等の問題を生じていた。
【００７４】図６に示す第５の実施の形態のＧａＮ系Ｌ
Ｄにおいても、薄膜障壁層としてＡｌＧａＮを成長しな
ければならないが、薄膜障壁層の所要厚さは５０ｎｍに
過ぎないので、１０００℃以下においても十分な性能を
発揮するＡｌＧａＮ薄膜障壁層を成長することができ
る。
Ｄにおいても、薄膜障壁層としてＡｌＧａＮを成長しな
ければならないが、薄膜障壁層の所要厚さは５０ｎｍに
過ぎないので、１０００℃以下においても十分な性能を
発揮するＡｌＧａＮ薄膜障壁層を成長することができ
る。
【００７５】また電流ブロック層としてＡｌＧａＮを用
いる場合には、ＡｌＧａＮ層中に電流を流す必要がない
ので、１０００℃以下の低温成長により結晶の品質が多
少低下しても、十分に目的を達することができる。図７
の第６の実施の形態に係るＧａＮ系ＬＤの構造は、第５
の実施の形態と同様な材料で構成されるため、工程の手
順に多少の相違はあるが、同様に全ての構成を１０００
℃以下の低温で形成することができる特徴がある。
いる場合には、ＡｌＧａＮ層中に電流を流す必要がない
ので、１０００℃以下の低温成長により結晶の品質が多
少低下しても、十分に目的を達することができる。図７
の第６の実施の形態に係るＧａＮ系ＬＤの構造は、第５
の実施の形態と同様な材料で構成されるため、工程の手
順に多少の相違はあるが、同様に全ての構成を１０００
℃以下の低温で形成することができる特徴がある。
【００７６】また、従来のＧａＮ系ＬＤ構造のように、
ＡｌＧａＮクラッド層が存在すると、製造工程中にＡｌ
の酸化を生じ易いので、結晶の品質が低下する恐れがあ
るが、本発明のＧａＮ系ＬＤ構造では製造工程中にＡｌ
が露出することがないので、信頼性の高い素子を形成す
ることができる。
ＡｌＧａＮクラッド層が存在すると、製造工程中にＡｌ
の酸化を生じ易いので、結晶の品質が低下する恐れがあ
るが、本発明のＧａＮ系ＬＤ構造では製造工程中にＡｌ
が露出することがないので、信頼性の高い素子を形成す
ることができる。
【００７７】次に図８に基づき本発明の第７の実施の形
態について説明する。図８には本発明に直接関連する構
造部分のみが示されている。図８に示すように、ＧａＮ
系ＬＤがｎ型クラッド層２０と、ｎ型ＧａＮガイド層２
１と、ＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層１６と、ｐ−ＧａＮガ
イド層２３と、ｐ−クラッド層２４とを含むとき、Ｉｎ
ＧａＮのＭＱＷ活性層１６とｐ−ＧａＮガイド層２３と
の間にＡｌＧａＮのＭＱＷ薄膜障壁層、又はＡｌＧａＮ
／ＧａＮからなるＭＱＷ薄膜障壁層を設けることによ
り、活性層に注入された電子のｐ−ＧａＮガイド層２３
へのオーバーフローを防止することができる。
態について説明する。図８には本発明に直接関連する構
造部分のみが示されている。図８に示すように、ＧａＮ
系ＬＤがｎ型クラッド層２０と、ｎ型ＧａＮガイド層２
１と、ＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層１６と、ｐ−ＧａＮガ
イド層２３と、ｐ−クラッド層２４とを含むとき、Ｉｎ
ＧａＮのＭＱＷ活性層１６とｐ−ＧａＮガイド層２３と
の間にＡｌＧａＮのＭＱＷ薄膜障壁層、又はＡｌＧａＮ
／ＧａＮからなるＭＱＷ薄膜障壁層を設けることによ
り、活性層に注入された電子のｐ−ＧａＮガイド層２３
へのオーバーフローを防止することができる。
【００７８】薄膜障壁層をＭＱＷ構造とすれば、均一な
Ａｌ組成を含む単層のＡｌＧａＮ層を薄膜障壁層とする
よりもＭＱＢ(Multi-Quantum Barrier) の効果により、
同一の平均Ａｌ組成で、実効的な障壁高さをより高くす
ることができる。
Ａｌ組成を含む単層のＡｌＧａＮ層を薄膜障壁層とする
よりもＭＱＢ(Multi-Quantum Barrier) の効果により、
同一の平均Ａｌ組成で、実効的な障壁高さをより高くす
ることができる。
【００７９】またＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層１６による
歪みの発生がＡｌＧａＮ薄膜障壁層を隣接させることに
より緩和される効果がある。従ってＩｎＧａＮ活性層１
６への均一な電流の注入が可能になる。なお、ＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮからなるＭＱＷ薄膜障壁層を設ける場合にも
ＡｌＧａＮの薄膜障壁層と同様な効果がみられる。なお
前記ＭＱＷ薄膜障壁層は、ＧａＮ系ＬＤの動作電圧低減
のためＭｇまたはＳｉ等のドーパントを変調ドープする
ことができる。
歪みの発生がＡｌＧａＮ薄膜障壁層を隣接させることに
より緩和される効果がある。従ってＩｎＧａＮ活性層１
６への均一な電流の注入が可能になる。なお、ＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮからなるＭＱＷ薄膜障壁層を設ける場合にも
ＡｌＧａＮの薄膜障壁層と同様な効果がみられる。なお
前記ＭＱＷ薄膜障壁層は、ＧａＮ系ＬＤの動作電圧低減
のためＭｇまたはＳｉ等のドーパントを変調ドープする
ことができる。
【００８０】また薄膜障壁層は、ＩｎＧａＮのＭＱＷ活
性層１６とｎ−ＧａＮガイド層２１との間に設けても良
い。また、図８において、クラッド層２０、２４をそれ
ぞれｎ型及びｐ型Ｉｎu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ（１≧ｕ，
ｖ≧０、１≧ｕ＋ｖ≧０）からなるクラッド層とし、少
なくともｐ側及びｎ側のいずれかの前記ガイド層と前記
クラッド層との間に、前記ＭＱＷ薄膜障壁層を設けるよ
うにしても良い。この他、図５及び図８に示す多層構造
を基本として、これまでに説明した種々の構造のＧａＮ
系ＬＤを構成することができることはいうまでもない。
性層１６とｎ−ＧａＮガイド層２１との間に設けても良
い。また、図８において、クラッド層２０、２４をそれ
ぞれｎ型及びｐ型Ｉｎu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ（１≧ｕ，
ｖ≧０、１≧ｕ＋ｖ≧０）からなるクラッド層とし、少
なくともｐ側及びｎ側のいずれかの前記ガイド層と前記
クラッド層との間に、前記ＭＱＷ薄膜障壁層を設けるよ
うにしても良い。この他、図５及び図８に示す多層構造
を基本として、これまでに説明した種々の構造のＧａＮ
系ＬＤを構成することができることはいうまでもない。
【００８１】例えば図３において、ＩｎＡｌＧａＮのＭ
ＱＷ活性層６とｐ−ＧａＮクラッド層８との間にＡｌＧ
ａＮのＭＱＷ又はＡｌＧａＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ薄
膜障壁層を設けることができる。またＩｎＡｌＧａＮの
ＭＱＷ活性層６とｎ−ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層５と
の間にＡｌＧａＮ薄膜障壁層を設けることができる。
ＱＷ活性層６とｐ−ＧａＮクラッド層８との間にＡｌＧ
ａＮのＭＱＷ又はＡｌＧａＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ薄
膜障壁層を設けることができる。またＩｎＡｌＧａＮの
ＭＱＷ活性層６とｎ−ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層５と
の間にＡｌＧａＮ薄膜障壁層を設けることができる。
【００８２】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れることはない。例えば、図４の第３の実施の形態にお
いて、ガイド層５、７がＭＱＷ構造である場合について
説明したが、ガイド層５、７は、Ｉｎ組成が最適化され
た単層のＩｎＧａＮ層とすることもできる。また全ての
実施の形態において活性層はＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ又
はＩｎＧａＮのＭＱＷ構造を有するとして説明したが、
ＩｎＧａＡｌＮ／ＧａＮのＭＱＷ又はＩｎＧａＮ／Ｇａ
ＮのＭＱＷ構造又は単層のＩｎＡｌＧａＮであっても良
い。
れることはない。例えば、図４の第３の実施の形態にお
いて、ガイド層５、７がＭＱＷ構造である場合について
説明したが、ガイド層５、７は、Ｉｎ組成が最適化され
た単層のＩｎＧａＮ層とすることもできる。また全ての
実施の形態において活性層はＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ又
はＩｎＧａＮのＭＱＷ構造を有するとして説明したが、
ＩｎＧａＡｌＮ／ＧａＮのＭＱＷ又はＩｎＧａＮ／Ｇａ
ＮのＭＱＷ構造又は単層のＩｎＡｌＧａＮであっても良
い。
【００８３】また全ての実施の形態において、ＧａＮ系
の多層構造はｎ型側から成長する場合について説明した
が、ｐ型側から成長することにより、同様な特性と構造
のＧａＮ系ＬＤを形成することができる。また成長基板
はサファイアからなる場合について説明したが、サファ
イア基板上に厚いＧａＮ結晶を成長したものや、ＧａＮ
のバルク結晶を基板として用いることもできる。その他
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。
の多層構造はｎ型側から成長する場合について説明した
が、ｐ型側から成長することにより、同様な特性と構造
のＧａＮ系ＬＤを形成することができる。また成長基板
はサファイアからなる場合について説明したが、サファ
イア基板上に厚いＧａＮ結晶を成長したものや、ＧａＮ
のバルク結晶を基板として用いることもできる。その他
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。
【００８４】
【発明の効果】上述したように本発明の半導体レーザ装
置によれば、活性層をＩｎＡｌＧａＮ、ガイド層をＩｎ
ＧａＮ、クラッド層をＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとする
ことによって、レーザ発光における光導波路の実効屈折
率の値をＧａＮコンタクト層よりも大きくすることがで
きるので、ＧａＮコンタクト層における光閉じ込め係数
が減少し、レーザ発光のＦＦＰにおける光強度分布を単
峰性とすることができる。
置によれば、活性層をＩｎＡｌＧａＮ、ガイド層をＩｎ
ＧａＮ、クラッド層をＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとする
ことによって、レーザ発光における光導波路の実効屈折
率の値をＧａＮコンタクト層よりも大きくすることがで
きるので、ＧａＮコンタクト層における光閉じ込め係数
が減少し、レーザ発光のＦＦＰにおける光強度分布を単
峰性とすることができる。
【００８５】また、比較的高抵抗のＡｌＧａＮクラッド
層の代わりに、ＧａＮクラッド層またはＩｎ組成がＡｌ
組成より大きいＩｎＡｌＧａＮクラッド層を用い、さら
にＡｌＧａＮ等からなる薄膜障壁層を援用することによ
り、動作電圧としきい値電流密度を低減し、ＡｌＧａＮ
と他のＧａＮ系化合物との間の格子定数差によるクラッ
ク発生の恐れのない高信頼性のＧａＮ系ＬＤを得ること
ができる。このため光デイスク用として実用性に優れた
半導体レーザ装置を実現することが可能になる。
層の代わりに、ＧａＮクラッド層またはＩｎ組成がＡｌ
組成より大きいＩｎＡｌＧａＮクラッド層を用い、さら
にＡｌＧａＮ等からなる薄膜障壁層を援用することによ
り、動作電圧としきい値電流密度を低減し、ＡｌＧａＮ
と他のＧａＮ系化合物との間の格子定数差によるクラッ
ク発生の恐れのない高信頼性のＧａＮ系ＬＤを得ること
ができる。このため光デイスク用として実用性に優れた
半導体レーザ装置を実現することが可能になる。
【図１】第１の実施形態のＧａＮ系ＬＤの断面構造を示
す図。
す図。
【図２】第１の実施の形態のＧａＮ系ＬＤにおける単峰
性のＦＦＰを示す図。
性のＦＦＰを示す図。
【図３】第２の実施の形態のＧａＮ系ＬＤの断面構造を
示す図。
示す図。
【図４】第３の実施の形態のＧａＮ系ＬＤの断面構造を
示す図。
示す図。
【図５】薄膜障壁層を備えるＧａＮ系ＬＤの活性層近傍
のバンド構造図。
のバンド構造図。
【図６】第５の実施の形態のＧａＮ系ＬＤの断面構造を
示す図。
示す図。
【図７】第６の実施の形態のＧａＮ系ＬＤの断面構造を
示す図。
示す図。
【図８】第７の実施の形態のＧａＮ系ＬＤの活性層近傍
における断面構造を示す図。
における断面構造を示す図。
【図９】従来のＧａＮ系ＬＤにおける多峰性のＦＦＰを
示す図。
示す図。
【図１０】従来のＧａＮ系ＬＤにおける多峰性のＮＦＰ
を示すシミュレーション図。
を示すシミュレーション図。
【図１１】従来のＧａＮ系ＬＤにおける多峰性のＮＦＰ
を示すシミュレーション図。
を示すシミュレーション図。
【図１２】従来のＧａＮ系ＬＤにおけるクラッド層の厚
さとＡｌ組成に対するしきい値電流密度の依存性を示す
図。
さとＡｌ組成に対するしきい値電流密度の依存性を示す
図。
【図１３】従来のＧａＮ系ＬＤにおけるガイド層・クラ
ッド層の厚さに対するしきい値電流密度の依存性を示す
図。
ッド層の厚さに対するしきい値電流密度の依存性を示す
図。
１…サフアイア基板 ２…ＧａＮバッファ層 ３…ｎ+ −ＧａＮコンタクト層 ４…ｎ−ＧａＮクラッド層 ５…ｎ−ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層 ６…ＩｎＡｌＧａＮのＭＱＷ活性層 ７…ｐ−ＩｎＧａＮのＭＱＷガイド層 ８…ｐ−ＧａＮクラッド層 ９…ｐ+ −ＧａＮコンタクト層 １０…ｐ電極 １１…ｎ電極 １２…ｎ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層 １３…ｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層 １４…ｎ−ＩｎＧａＮガイド層 １５、１７…ＡｌＧａＮ薄膜障壁層 １６…ＩｎＧａＮのＭＱＷ活性層 １８…ｐ−ＩｎＧａＮガイド層 １９…ｎ−ＧａＮ電流ブロック層 ２０…ｎ−クラッド層 ２１…ｎ−ＧａＮガイド層 ２２…ＡｌＧａＮのＭＱＷ又はＡｌＧａＮ／ＧａＮのＭ
ＱＷからなる薄膜障壁層 ２３…ｐ−ＧａＮガイド層 ２４…ｐ−クラッド層 ｎeff …実効屈折率 ｎ1 …活性層の屈折率 ｎ2 …ガイド層の屈折率 ｎ3 …クラッド層の屈折率 ｎ4 …コンタクト層の屈折率
ＱＷからなる薄膜障壁層 ２３…ｐ−ＧａＮガイド層 ２４…ｐ−クラッド層 ｎeff …実効屈折率 ｎ1 …活性層の屈折率 ｎ2 …ガイド層の屈折率 ｎ3 …クラッド層の屈折率 ｎ4 …コンタクト層の屈折率
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 譲司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 小野村 正明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも活性層とガイド層とクラッド
層とを具備するＧａＮ系化合物半導体からなる半導体レ
ーザ装置において、 少なくともＩｎ組成ｘ及びＡｌ組成ｙのいずれかの値が
異なる２種のＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（１≧ｘ≧ｙ≧
０、１≧ｘ＋ｙ≧０）の層が交互に積層された多量子井
戸構造を有する活性層と、 Ｉｎz Ｇａ1-z Ｎ（１＞ｚ＞０）からなるガイド層と、 Ｉｎu Ａｌv Ｇａ1-u-v Ｎ（１＞ｕ≧ｖ≧０、１＞ｕ＋
ｖ＞０）からなるクラッド層と、 を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 少なくとも活性層とガイド層とクラッド
層とを具備するＧａＮ系化合物半導体からなる半導体レ
ーザ装置において、 少なくともＩｎ組成ｘ及びＡｌ組成ｙのいずれかの値が
異なる２種のＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（１≧ｘ≧ｙ≧
０、１≧ｘ＋ｙ≧０）の層が交互に積層された多量子井
戸構造を有する活性層と、 Ｉｎz Ｇａ1-z Ｎ（１＞ｚ＞０）からなるガイド層と、 ＧａＮからなるクラッド層と、 を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記ガイド層は、Ｉｎ組成ｚの値が異な
る２種のＩｎz Ｇａ1-z Ｎ（１＞ｚ≧０）の層が交互に
積層された多重量子井戸構造を有することを特徴とする
請求項１、２のいずれか１つに記載の半導体レーザ装
置。 - 【請求項４】 活性層と前記活性層の上下に隣接するガ
イド層と、前記ガイド層にそれぞれ隣接するクラッド層
とを含むＧａＮ系化合物半導体からなる半導体レーザ装
置において、 Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（１＞ｘ＞０）からなる活性層と、 Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（１＞ｙ＞０、ｘ＞ｙ）からなるガイ
ド層と、 前記活性層と前記ガイド層との間、または前記ガイド層
と前記クラッド層との間にそれぞれ介在するＡｌz Ｇａ
1-z Ｎ（１＞ｚ≧０）からなる薄膜障壁層と、 を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 少なくとも活性層とガイド層とクラッド
層とを具備するＧａＮ系化合物半導体からなる半導体レ
ーザ装置において、 Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（１＞ｘ＞０）からなる活性層、また
はＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（１＞ｘ＞ｙ≧０）からなるガイド
層の片側に隣接し、Ａｌ組成ｚの値が異なる２種のＡｌ
z Ｇａ1-z Ｎ（１＞ｚ≧０）からなる多量子井戸構造の
薄膜障壁層と、 この多量子井戸構造の薄膜障壁層にさらに隣接する、Ｉ
ｎu Ａｌv Ｇａ1-u-vＮ（１≧ｕ，ｖ≧０、１≧ｕ＋ｖ
≧０）からなるクラッド層と、 を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
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|---|---|---|---|
| JP4529298A JPH11243251A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 半導体レーザ装置 |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH11243251A true JPH11243251A (ja) | 1999-09-07 |
Family
ID=12715249
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|---|---|---|---|
| JP4529298A Pending JPH11243251A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 半導体レーザ装置 |
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